Fonaments
Programari
Un cop carregat un programari, la memòria principal d’un ordinador conté instruccions i dades. La CPU executa instruccions màquina, que són instruccions de molt baix nivell que processen dades.
El programari s’expressa habitualment utilitzant un llenguatge de programació, una abstracció que amaga el funcionament de la CPU basat en instruccions màquina.
Un programari es pot descriure pel seu comportament i el seu estat:
- El comportament es defineix amb un flux d’instruccions depenent de les dades.
- Les instruccions poden:
- Fer assignacions, o sigui, modificar l’estat
- Bifurcar-se segons condicions (expressions lògiques) a partir de l’estat
- Llegir dades externes i incorporar-les a l’estat
- Escriure dades utilitzant l’estat
El paradigma més habitual de la programació és l’imperatiu. Aquest, utilitza sentències per a modificar l’estat d’un programa.
Codi
La programació estructurada és una característica dels llenguatges de programació que millora la claredat i qualitat del codi. En tenim:
- Control de flux (if/then/else)
- Repetició (while/for)
- Blocs de codi
- Subrutines, procediments o funcions
Dades
Les dades poden ser de diferents tipus:
- Primitius: el tipus més bàsic. Numèrics, caràcters, booleans.
- Estructures: més d’una dada. Per exemple, un array o una llista.
- Referències: apuntadors a altres dades (normalment estructures) utilitzant la seva adreça de memòria.
Operacions per a una dada:
- Reservar espai en memòria (també anomenat instanciar).
- Assignar el seu valor (instrucció d’assignació).
- Obtenir el seu valor.
- Eliminar la dada, alliberant l’espai. Pot ser automàtic (Garbage Collection).
Una variable és un nom simbòlic que s’associa a una dada continguda en memòria.
L’assignació d’una variable sol tenir el format variable = expressió. Això implica avaluar l’expressió i assignar el valor a la variable, reemplaçant el valor anterior.
La dada associada a una variable pot ser mutable o immutable. És mutable si pot ser modificada, i immutable si no. Habitualment, els primitius són immutables.
Funcions
Les funcions són agrupacions de codi reutilitzables que podem cridar utilitzant paràmetres. Aquests paràmetres tenen un àmbit reduït al cos de la funció. Poden tenir un valor de retorn.
Les funcions poden:
- Tenir efectes secundaris: si es modifica l’estat fora del seu àmbit. Per exemple, modificant una variable d’un àmbit més global, o un paràmetre mutable. Això és possible si utilitzem referències.
- Ser pures, si la funció sempre retorna el mateix valor per als mateixos paràmetres i no té efectes secundaris.
Les crides a funcions es gestionen utilitzant una espai de memòria anomenat stack. Cada cop que es fa una crida, creem un nou frame i l’afegim a dalt del stack. A dalt del stack sempre hi ha el frame actiu. Durant la seva execució, aquest frame guarda les dades que s’utilitzen. Quan es fa return, s’elimina aquest frame, i el de sota passa a ser l’actiu.
Objectes
Alguns llenguatges permeten classes, que són plantilles per a crear instàncies d’objectes. Un objecte està compost de:
- Codi que s’executa mitjançant mètodes o operacions (funcions de l’objecte).
- Estat, o dit d’una altra forma, les seves dades associades, habitualment privades.
Un objecte que té operacions que poden modificar el seu estat es diu que és mutable. Si en canvi no es pot, l’objecte és immutable.
Quan un objecte no té comportament, només dades, se l’anomena estructura de dades. Les seves operacions exposen aquestes dades.
Memòria
Tenim dos espais de la memòria principal on es guarden dades: el stack (pila) i el heap (munt).
Un frame del stack s’utilitza dins de l’àmbit d’una funció o mètode per a guardar paràmetres, primitius i referències.
El heap s’utilitza per a guardar estructures, ja que les estructures poden sobreviure l’àmbit on es creen mitjançant les seves referències. En canvi, com que els primitius no es poden referenciar, es creen al stack i que moren amb el return.
Expressions
Una expressió aritmètica té un valor numèric. Es forma utilitzant operadors aritmètics sobre variables, constants o funcions numèriques.
Una expressió lògica té dos possibles valors: True o False. Es formen utilitzant variables i constants lògiques utilitzant operadors lògics (NOT, AND, OR…) i relacionals (=, <, >, <=, >=, <>).
Parèntesis i prioritat
Els operadors de les expressions s’apliquen en funció de la seva prioritat.
Per als aritmètics (de més a menys prioritat):
- ++, –
- *, /, %
- +, -
Per als lògics (de més a menys prioritat):
- NOT
- AND
- OR
- operadors relacionals
Es pot prioritzar una operació lògica o aritmètica utilitzant parèntesis ().
Lleis booleanes
- Commutativa:
- a OR b = b OR a
- a AND b = b AND a
- Identitat:
- a OR False = a
- h AND True = h
- Complement:
- a OR NOT(a) = True
- a AND NOT(a) = False
- Idempotent:
- a OR a = a
- a AND a = a
- Doble negació:
- NOT(NOT(a)) = a
- Associativitat:
- a OR b OR c = (a OR b) OR c = a OR (b OR c)
- a AND b AND c = (a AND b) AND c = a AND (b AND c)
- Distributiva:
- a AND (b OR c) = (a AND b) or (a AND c)
- a OR (b AND c) = (a OR b) AND (a OR c)
- De Morgans:
- NOT(a AND b) = NOT(a) OR NOT(b)
- NOT (a OR b) = NOT(a) AND NOT(b)
- Absorció:
- a AND (a OR b) = a
- a OR (a AND b) = a